Морфологические методы синтеза рациональных вариантов систем
Отличительной особенностью морфологических методов древовидного, лабиринтного и блочно-лабиринтного синтеза рациональных вариантов систем является то, что в них оценка степени соответствия синтезированного варианта исходной цели синтеза осуществляется непосредственно в ходе процедуры построения искомого варианта, по мере наращивания функциональных подсистем.
Морфологический метод древовидного синтеза. Он относится к методам морфологического последовательного детерминированного поиска [1] и позволяет существенно уменьшить число операций выбора по сравнению с полным перебором вариантов, содержащихся в морфологической таблице. Общее число операций выбора в методе древовидного синтеза определяется по выражению
где Kl — число альтернатив для реализации l-й обобщенной функциональной подсистемы или функции;
L — число обобщенныхфункциональных подсистем (строк морфологической таблицы).
Метод морфологического древовидного синтеза включает несколько этапов.
Этап 1. Формулируется цель исследования и строится морфологическая таблица для рассматриваемой предметной области (рис. 5.13). Обобщенные функциональные подсистемы, определяющие строки морфологической таблицы, ранжируются системой принятия решений по значимости.
Этап 2. В морфологической таблице выделяются две строки, соответствующие функциональным подсистемам с наивысшей значимостью (рис. 5.13б). Осуществляется синтез всех парных сочетаний альтернатив, содержащихся в двух выбранных строках таблицы. Для рассматриваемого примера число парных сочетаний альтернатив равно восьми. Полученные парные сочетания альтернатив анализируются исследователем с использованием системы принятия решений по множеству критериев качества. По результатам многокритериального анализа отбирается наиболее рациональный вариант. Допустим, что лучшим является вариант (А11А42).
|
|
|
Этап 3. Из морфологической таблицы извлекается очередная по значимости обобщенная функциональная подсистема с альтернативами ее возможной реализации. Проводится комбинирование выделенных на данном этапе альтернатив с рациональным вариантом, полученным на предыдущем этапе. Полученное в результате синтеза множество тернарных комбинаций альтернатив вновь анализируется исследователем с использованием системы принятия решений в целях выявления наиболее рациональной комбинации. Например, лучший вариант на данном этапе может состоять из следующих трех альтернатив — (А11А42А32).
Этап 4. Синтез продолжается в соответствии с этапами 2 и 3 вплоть до исчерпания всех обобщенных функциональных подсистем и получения целостного варианта, включающего все подсистемы.
|
|
|
Морфологический метод лабиринтного синтеза. Данный метод базируется на древовидном методе и относится к классу методов с корректировкой [7].
Идея метода заключается в том, что в процессе поиска рационального решения на морфологической таблице на каждом этапе отбирается не одно, а п рациональных сочетаний альтернатив.
Наилучшее из этих сочетаний поступаетна следующий этап, а п-1 вариантов резервируются.
Если на Р-м этапе проектировщику не удается получить удовлетворительное решение, комбинируя все альтернативы P-й обобщенной функциональной подсистемы с наилучшим вариантом, полученным на предыдущем, (Р-1)-м этапе, то организуется просмотр всех п-1 вариантов, зарезервированных на (Р-1)-м этапе со всеми альтернативами Арj, относящимися к Р-му этапу. Если в этом случае требуемый вариант не отыскивается, то осуществляется возврат на (P-2)-й этап и организуется последовательный просмотр всех зарезервированных на этом этапе вариантов со всеми альтернативами функциональной подсистемы Р-1 и отбор соответствующего наилучшего (Р-2)-го варианта. Процедура поиска может продолжаться вплоть до первой и второй по значимости обобщенных функциональных подсистем.
|
|
|
Проиллюстрируем вариант реализации лабиринтного метода синтеза на примере. Предположим, что задана морфологическая таблица, состоящая из четырех строк (рис. 5.14), проранжированных по значимости.
На этапе 1 выполняется полный перебор альтернатив первых двух по значимости обобщенных функциональных подсистем. В результате получается шесть парных сочетаний альтернатив, среди которых для определенности отмечаются два наиболее рациональных варианта: (А11А22) и (A12A21). Второй по эффективности вариант (A12A21) отмечается в качестве резервного. Проводится согласование наиболее рационального варианта с исходными требованиями на проектирование. При наличии такого соответствия процедура синтеза продолжается на этапе 2, в противном случае уточняются исходные требования и состав морфологической таблицы.
На этапах 2 и 3 синтез осуществляется по тем же правилам, что и на этапе 1. В конечном итоге при прохождении всех обобщенных функциональных подсистем в рассматриваемом примере остается два варианта системы: (А11А22А32А41) и (А11А22А32А42). Если хотя бы один из этих вариантов удовлетворяет исходной цели проектирования, то процедура синтеза заканчивается, в противном случае работа продолжается на этапе 4.
|
|
|
Этап 4 предполагает возврат на этап 2 и извлечение зарезервированного варианта, которым является вариант, состоящийизкомбинации альтернатив (А11А22А31). Этот резервный вариант комбинируется с альтернативами, принадлежащими четвертой строке морфологической таблицы. В результате получаются два новых сочетания из четырех альтернатив, которые проверяются на предмет соответствия техническому заданию. Если такое соответствие есть, то процедура синтеза заканчивается, в противном случае процесс синтеза продолжается. При исчерпании всех резервных вариантов, зафиксированных на втором этапе, работа по поиску решения задачи продолжается с извлечения очередного резервного варианта на первом этапе. Далее процесс повторяется в соответствии с ранее представленным алгоритмом.
Лабиринтный метод синтеза по сравнению с древовидным позволяет повысить вероятность получения наиболее эффективного варианта системы, удовлетворяющего требованиям проектировщика. Это достигается за счет итерационной процедуры возврата к пространству меньшей размерности. При реализации лабиринтного метода на каждом этапе выбор наиболее эффективного и резервных вариантов проводится на основе многокритериального принятия решений методом анализа иерархии или методом, основанным на теории нечетких множеств. Компьютерная реализация лабиринтного метода обеспечивает запоминание всего многоитерационного маршрута прохождения по морфологической таблице. Это позволяет проанализировать принятые ранее решения и выбрать окончательное, наиболее рациональное.
Морфологический метод блочно-лабиринтного синтеза. Этот метод предполагает конструирование систем на отдельных блоках морфологической таблицы, что позволяет свести решение задачи морфологического синтеза к задаче меньшей размерности [8,9].
Процесс синтеза рационального варианта осуществляется "сверху вниз", т. е. от более обобщенных функциональных подсистем к более конкретным реализациям этих подсистем.
Существуют две модификации метода блочно-лабиринтного синтеза.
Рассмотрим первую модификацию. Метод состоит из ряда этапов, на каждом из которых осуществляются процедуры структурирования информации, оценки вариантов и принятия решений.
Этап 1. Выбирается объект исследования, формируется исходная цель синтеза системы и составляется список требований, которым должна удовлетворять искомая система. Требования ранжируются по значимости.
Этап 2. Осуществляется построение "скелетной" морфологической таблицы, состоящей из основных (главных) функциональных подсистем рассматриваемой системы и основных вариантов, реализующих выделенные функциональные подсистемы. К основным функциональным подсистемам относятся такие, которые определяют сущность системы в целом и отличают ее от других систем.
Этап 3. Проводится синтез рациональных вариантов на "скелетной" морфологической таблице. Для выполнения этой процедуры используется метод лабиринтного синтеза.
В результате получается так называемая минимальная исследуемая функциональная система, включающая то минимальное количество функциональных подсистем, с помощью которых можно реализовать основную функцию системы в целом. Конечно же, такая функциональная система, как правило, не может удовлетворить всем требованиям задания и подвергается дальнейшему совершенствованию.
Этап 4. В синтезированном на этапе 3 рациональном варианте определяются "слабые" функциональные элементы, не удовлетворяющие в полной мере предъявляемым требованиям. Для улучшения основных "слабых" элементов строятся дополнительные морфологические таблицы. Наименованиями строк этих таблиц являются наименования вспомогательных функциональных подсистем. Эти подсистемы получены в результате декомпозиции "слабых" элементов.
Этап 5. С помощью метода лабиринтного синтеза осуществляется поиск рациональных вариантов на дополнительных морфологических таблицах.
Процедура выявления "слабых" элементов может быть распространена и на рациональные варианты, полученные на дополнительных матрицах.
Этап 6. Проводится компоновка вновь синтезированныхнадополнительных морфологических таблицах функциональных подсистем в целостную систему.
В заключение принимается решение о соответствии синтезированного решения исходным требованиям. Если такое соответствие есть, то задача считается решенной, в противном случае проделываются следующие процедуры:
• расширяется число отбираемых (резервируемых) вариантов на промежуточных этапах метода при поиске рациональных вариантов на морфологических таблицах;
• пересматриваются требования исходной цели синтеза;
• составляются новые "скелетные" и (или) дополнительные морфологические таблицы;
• осуществляется варьирование методами синтеза рациональных вариантов.
Рассмотрим кратко вторую модификацию метода блочно-лабиринтного синтеза.
Этап 1. Проектировщиком выполняются действия, аналогичные тем, которые описаны в первой модификации блочно-лабиринтного метода.
Этап 2. Строится морфологическая таблица. Осуществляется разбиение морфологической таблицы на блоки в соответствии с количеством функциональных подсистем, входящих в целостную систему. Каждый-блок может содержать несколько функциональных подсистем.
Этап 3. Осуществляется синтез подмножеств рациональных вариантов функциональных подсистем в каждом блоке. Если блок содержит одну подсистему, то из множества альтернатив выбирается требуемое подмножество наилучших с использованием системы принятия решений.
Для синтеза рациональных вариантов в блоках, содержащих более двух подсистем, используется метод лабиринтного поиска. Когда же блок содержит два признака, то для выбора рациональных решений несложно использовать метод полного перебора возможных сочетаний альтернатив.
Этап 4. Направлен на формирование новой морфологической таблицы меньшей размерности, чем исходная. Число строк этой таблицы равно числу функциональных подсистем (числу блоков, на которые разбита исходная морфологическая таблица). Альтернативами вновь сформированной морфологической таблицы являются рациональные варианты, синтезированные на отдельных блоках (этап 3).
Этап 5. Предусматривается синтез технической системы в целом, проводимый лабиринтным методом на новой морфологической таблице, и принятие решения о соответствии полученного окончательного решения исходным требованиям.
Применение блочно-лабиринтного синтеза наиболее оправдано для многофункциональных сложных организационных и социально-экономических систем.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 422; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!